我國消漲帶植物的調(diào)查與研究

我國消漲帶植物的調(diào)查與研究

1水位變化區(qū)2號(hào)植物的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀1.1河、湖、海的區(qū)域景觀環(huán)境20世紀(jì)50年代，中國郊區(qū)的湖泊、河流和池塘非常繁榮，包括甘蔗、箭頭、野生蛋黃醬、甘草、水稻草、蓼、腹瀉等幾種新興植物。這些高大挺拔的植物深植于土壤中，與土壤結(jié)合，在一個(gè)穩(wěn)定的衰退帶形成生態(tài)系統(tǒng)。從20世紀(jì)70年代后期開始,特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來,隨著我國工業(yè)化和城市化的加快,因建設(shè)需要,各地河流、湖泊特別是城市河道的自然生態(tài)普遍遭到嚴(yán)重破壞。據(jù)調(diào)查,滇池的水生植物在20世紀(jì)50年代有28科44種,至20世紀(jì)70年代有22科30種,而目前僅剩下12科20種,其中挺水植物僅6種,50多年來不僅種類銳減,且現(xiàn)存的種類面積大幅減少或僅零星分布。廣東省和海南省原有紅樹林面積3~4萬hm2,現(xiàn)僅存0.87萬hm2,且結(jié)構(gòu)日趨簡化。深圳市內(nèi)的河流如深圳河、布吉河、福田河、新洲河、大沙河等經(jīng)過短短20多年,目前其河岸原生植被已遭受毀滅性破壞,大多已形成土石剛性護(hù)岸,水質(zhì)也越來越黑臭。河、湖、海的自然岸線大多呈現(xiàn)“灘涂”特點(diǎn),即坡度較小(平均坡度12°以下)、有淤泥沉積、土壤肥沃或富營養(yǎng)化,消漲帶高差普遍較小(通常1~3m)。對(duì)于遭受破壞后的河、湖裸露灘涂的處理,早期普遍注重的是其景觀性方面,種樹、種植傳統(tǒng)兩棲喬木的方式曾在各地廣為采用,如武漢東湖、南湖的池杉林、華南植物園的水松林、深圳洪湖公園的落羽杉林,以及西江流域河灘常見的水松林、落羽杉林以及河口的水翁林。它們不僅發(fā)揮了良好的固土作用和生態(tài)功能,而且都營造了美麗的濱水景觀。隨著污染日趨嚴(yán)重,特別是水體富營養(yǎng)化的加劇,在湖泊灘涂治理方面,植物的選擇逐漸將耐污性以及對(duì)污水的凈化能力列為首要考慮的因素。人們不僅營造人工濕地(處理池)來凈化流動(dòng)污水,還通過在灘涂種植蘆葦、香蒲、藨草等來改善水質(zhì)。國內(nèi)近年陸續(xù)開展了這方面的研究與應(yīng)用。如“太湖水污染控制及水體修復(fù)技術(shù)及工程示范”研究于2003年開展,在太湖五里湖生態(tài)修復(fù)工程的消漲帶建設(shè)中,蘆葦、香蒲、茭白因其抗污性強(qiáng)而成為主要采用的植物,另在部分景觀要求較高的區(qū)域適當(dāng)種植了美人蕉、蓮、菱(Trapataiwanensis)等觀賞價(jià)值較高、凋落物不多且易分解的種類;“滇池東北岸帶生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)工程”在滇池東北岸520m岸段種植了蘆葦?shù)榷喾N挺水植物群落;蘇州金雞湖在環(huán)湖距駁岸50~100m的岸帶種植了各種水生植物。由于紅樹林在防風(fēng)固沙、凈化海水、減少赤潮、平衡生態(tài)及美化環(huán)境等多方面具有重要的作用,我國沿海各地目前正積極制訂規(guī)劃,保護(hù)和發(fā)展紅樹林。如深圳市2004年在深圳灣濱海大道南側(cè)海域營造了長800m寬25m的紅樹林帶,主要種植秋茄、木欖、桐花樹、海漆、白骨壤等本地紅樹,2005年上半年又在附近沿海灘涂增種了2萬m2,并且最近已規(guī)劃10年內(nèi)將在東西沿海灘涂種植紅樹林0.215萬hm2,營造“海上綠色長城”;海南瀉湖亦規(guī)劃將在原有紅樹林的岸線補(bǔ)種紅樹林,在低潮位(海拔1.5m)以上的淤泥質(zhì)海岸類似紅樹林生境的地方擴(kuò)大種植紅樹林。1.2水纖維與護(hù)坡技術(shù)目前很多水庫在青山綠水間留有一道耀眼的黃色裸露“消漲帶”,中小型水庫的消漲帶高差一般在20m以下,而大型水庫則通常為20~30m,如深圳松子坑水庫消漲帶高差16m,廣州流溪河水庫22m,河源新豐江水庫23m,三峽庫區(qū)更是高達(dá)30m。水庫消漲帶不僅高差大,而且除極少數(shù)岸段類似河湖灘涂坡度較緩?fù)?絕大部分坡度較陡(通常12°~60°或以上),且土壤貧瘠,正因?yàn)榇?對(duì)水庫消漲帶進(jìn)行植被防護(hù)的技術(shù)曾是公認(rèn)的世界性難題。近年來,隨著水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)的日趨重視,國內(nèi)特別是華南地區(qū)陸續(xù)開展了這方面的研究。林建平等1993年開始在珠海大鏡山水庫進(jìn)行消漲帶適生植物的選育試驗(yàn),按照“抗旱耐淹、速生耐瘠、無毒無害、水保性狀優(yōu)良”的原則,最后從30多種地帶性野生植物中初步篩選出一種適合水庫消漲帶生長的植物——李氏禾,并于2000年在河源新豐江水庫進(jìn)行李氏禾植被護(hù)坡的對(duì)比試驗(yàn),在經(jīng)歷2000年、2001年、2002平、枯、豐3個(gè)水期的反復(fù)考驗(yàn)后,取得了突破性進(jìn)展,試驗(yàn)區(qū)李氏禾受淹最深10m,淹沒最長達(dá)10個(gè)月,2002年出露后迅速返青,生長良好,種草與未種草的岸坡相比,減少泥沙侵蝕97%以上,減少地表徑流30%~50%。1996年莫熙穆等在廣東局部地區(qū)發(fā)現(xiàn)榕屬的一種(暫定名Ficusspp.,當(dāng)?shù)胤Q之為水榕)能忍耐長期洪澇和干旱可能是生態(tài)兩棲植物,隨后在高州水庫消漲帶岸坡種植水榕、水翁混交護(hù)岸林帶并對(duì)其固土和護(hù)岸效果進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,水榕、水翁混交林具有顯著的綠化固土和護(hù)岸效果,9年生水榕覆蓋率達(dá)90%~100%,保土效果高達(dá)97.9%,保水效果達(dá)69.3%。后李煜祥等對(duì)水榕和小葉榕(Ficusmicrocarpa)花形態(tài)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了研究,證實(shí)水榕是榕屬的一個(gè)生態(tài)型變種。趙平等對(duì)水榕和小葉榕的葉綠素含量、熒光特性和葉片氣體交換日變化進(jìn)行了比較研究,發(fā)現(xiàn)水榕具有較發(fā)達(dá)的氣生根和水生不定根,呈現(xiàn)向中生性特征的發(fā)展趨勢,并顯示出水環(huán)境更有利于它的生長,同時(shí)又具有從水環(huán)境過渡到陸地環(huán)境的生態(tài)適應(yīng)能力,可以在湖泊、河流及水庫等消漲帶生境中應(yīng)用。2002年,深圳市水務(wù)局立項(xiàng)對(duì)水庫消漲帶生態(tài)防護(hù)技術(shù)和模式進(jìn)行研究,3年來分別在松子坑水庫及其附近的月亮湖、獺湖水庫對(duì)不同坡度、土質(zhì)條件的6種典型模式(灘涂型、規(guī)則緩坡型、規(guī)則陡坡型、臺(tái)階型、不規(guī)則型和崖岸型)進(jìn)行試驗(yàn),試種的植物有鋪地黍、李氏禾、蘆葦、香根草(Vetiveriazizanioides)、水榕、落羽杉、白千層(Melaleucaleucadendra)、黃槿、赤桉(Eucalyptuscamaldulensis)、水翁等,試驗(yàn)面積共2萬m2,目前初步篩選出上述6種模式下的適生植物及其生態(tài)配置組合,但各種植物的耐淹能力(淺淹、半淹及全淹不同天數(shù)后光合速率、生長速率的變化)及其水土保持效果仍在研究中。由于廣東0.65萬多座水庫均不同程度地面臨消漲帶這一難題,近年來尚有部分其他水庫管理單位對(duì)消漲帶植被護(hù)坡進(jìn)行嘗試,他們大多在水庫灘涂或正常高水位以下2m種植落羽杉、水松、水翁、蘆葦?shù)葌鹘y(tǒng)兩棲植物(如鐵崗水庫),有的還種植了部分紅樹林植物,但其成果未見報(bào)道。隨著蓄水后出現(xiàn)30m高差消漲帶(145~175m),三峽庫區(qū)消漲帶的生態(tài)重建已成為重要課題。武漢植物所三峽課題組曾對(duì)當(dāng)?shù)?0多種灌木、50多種草本進(jìn)行篩選,至今尚未找到特別適合三峽庫區(qū)消漲帶生長的兩棲植物。雖有調(diào)查初步顯示,中華蚊母(Distyliumracemosum)和疏花水柏枝(Myricarialaxiflora)兩種植物自然分布在三峽兩岸海拔200m以下的洪水線內(nèi),能在汛期被淹沒數(shù)月,水退后又能重新生長,但其能否真正適應(yīng)三峽庫區(qū)蓄水后新的水位消漲節(jié)律而成為消漲帶區(qū)的兩棲植物,仍有待研究。河流的近自然生態(tài)修復(fù)雖然近來頻繁地被提及,但河流堤壩迎水面植被護(hù)岸的技術(shù)及模式研究并不深入。如深圳市雖已提出在茅州河、坪山河、龍崗河試點(diǎn)生態(tài)治河工程,但技術(shù)方案仍不成熟,兩棲植物種類的選擇及生態(tài)配置技術(shù)仍制約著生態(tài)治河的實(shí)施。香根草、假儉草(Eremochloaophiuroides)、狗牙根(Cynodondaclylon)、竹節(jié)草(Chrysopogonaciculatus)等曾在河流堤岸迎水坡進(jìn)行過試驗(yàn)與應(yīng)用,但技術(shù)仍不成套。由于河流堤岸與水庫庫岸較為類似,故其消漲帶兩棲植物的篩選與水庫在很大程度上應(yīng)互有借鑒之處。1.3潛流型人工濕地的生長特性兩棲植物已經(jīng)進(jìn)化到具有在導(dǎo)致陸生植物死亡的水淹條件下生存的適應(yīng)能力。野稻、香蒲、蘆葦?shù)鹊闹饕憩F(xiàn)之一是有氣孔,通過這些氣孔可將氧氣從植物上部器官輸送到根部,并能通過根系擴(kuò)散氧化根際的土壤,從而使這些植物在受水分脅迫時(shí)仍能正常生長。落羽杉原產(chǎn)北美,主要分布于沿河沼澤地和每年有8個(gè)月浸水的河漫灘地,是一種高耐水淹樹種,40年代以來許多學(xué)者開展了落羽杉水淹適應(yīng)性及其機(jī)理的研究,結(jié)果表明淹水以后,特別是排水以后其氣孔導(dǎo)性、凈光合速率、呼吸速率能夠迅速恢復(fù),淹水后在形態(tài)解剖上主要表現(xiàn)為水面以下樹干的管胞變得較寬,細(xì)胞壁較薄,樹皮變薄,細(xì)胞間通氣空間發(fā)展以及氣生根生長。淹水以后,落羽杉的生長量并沒有顯著減少,特別是間歇性淹水,對(duì)其生長還有一定的促進(jìn)作用。鄭中華等的研究表明,水榕小苗經(jīng)全淹25d,離水后在潮濕的土壤環(huán)境中仍能生還。靖元孝等研究了水榕在潛流型人工濕地的生長特性和對(duì)污水的凈化效果,結(jié)果表明,生長在人工濕地的水榕具有發(fā)達(dá)的側(cè)根和不定根,保持正常的凈光合速率、蒸騰速率、根系活力和生長速率,能顯著提高污水中TN、TP、CODcr和BOD5的去除率。其還研究了水翁幼苗對(duì)淹水的反應(yīng)、淹水時(shí)水翁幼苗光合特性與不定根的關(guān)系以及香根草對(duì)淹水的反應(yīng)和適應(yīng)性,結(jié)果顯示,水翁在干旱、潮濕、半淹狀態(tài)下均能生長,全淹條件下存活期為60d;水翁在淹水條件下能通過形成水生不定根來維持正常的新陳代謝活動(dòng),從而適應(yīng)淹水環(huán)境;香根草完全淹水5個(gè)月仍能存活,在部分淹水條件下,香根草分蘗與株高的變化狀況與陸生條件沒有明顯差異,而凈光合速率較對(duì)照組強(qiáng),香根草也是一種兩棲植物。筆者在松子坑水庫最近的觀察表明,水榕在淺淹至淹水2m、連續(xù)淹2個(gè)月后測量(獺湖水庫)葉片仍保持正常光合速率,在淹水3.8m(株高4.2m)時(shí)水上葉片仍保持正常綠色,但光合作用則較為微弱;鋪地黍不僅長期在干旱、瘦瘠的陸生岸坡上生長良好,在淺淹、半淹至接近全淹時(shí)正常生長,在全淹數(shù)個(gè)月退水后仍能成活,而且持續(xù)淹水2年零2個(gè)月(獺湖人工湖,2003年7月至2005年9月,水深保持2~2.5m)后仍茂盛生長,其根狀莖在水面伸展,最長達(dá)10~12m,節(jié)下產(chǎn)生不定根,節(jié)上不斷長出新葉,顯示已完全適應(yīng)水生環(huán)境。另外,由于魚類影響,還觀察到鋪地黍能在水面形成特殊的“浮島”現(xiàn)象(松子坑水庫),顯示出其由旱生生境到水生生境的極度適應(yīng)性。其實(shí),自然界還有一些水生植物的適應(yīng)能力也非常強(qiáng),不僅在濕地干枯時(shí)期能夠生存,甚至在干旱時(shí)還可以長出“陸生葉”還取代正常的水下葉,如西洋蓍草(Achilleamillefoium)在水位下降時(shí),能長出與平時(shí)不同的新芽;部分莎草科植物雖然不會(huì)改變生長方式,但能適應(yīng)從完全淹沒到完全干旱的各種生境。筆者的調(diào)查還發(fā)現(xiàn),赤桉、白千層、春花(Rhaphiolepisindica)等雖不是兩棲植物,但也有一定的耐水淹能力,如赤桉成齡植株(株高10~20m)連續(xù)淹水4個(gè)月后(淹水深度在0.5~6m波動(dòng))仍能存活。植物的耐水淹能力不僅與種類有關(guān),亦與個(gè)體高度、生長狀況有關(guān)。同一種兩棲植物,不同的生長期耐水深度不一。兩棲木本能夠生存的極限水位是不能全淹沒頂。表2列出了部分兩棲植物適宜生存的水位深度。1.4兩種植物種對(duì)水質(zhì)的影響半個(gè)世紀(jì)以來,利用兩棲植物營造人工濕地處理污水或凈化水質(zhì)的研究很多,無論是草本植物如香蒲、藨草、蘆葦,還是木本植物如池杉、落羽杉、水榕,結(jié)果普遍顯示,雖然枯枝落葉對(duì)水質(zhì)有一定的負(fù)面影響,但總體來說,正常生長的兩棲植物均能夠凈化和保護(hù)水質(zhì)。1.5不同類型的庫岸、管坡、水纖維、護(hù)坡植物的選擇消漲帶水陸交替,生境特殊,因此,適應(yīng)性是消漲帶植物選擇的關(guān)鍵。由于河流、湖泊、海岸、水庫等消漲帶在坡度、土質(zhì)、高差及水位消漲節(jié)律方面有明顯差異,而不同的兩棲植物其生態(tài)習(xí)性、土肥特性、耐水性及耐旱性亦不同,因此,選擇兩棲植物時(shí)應(yīng)因地制宜。如落羽杉、池杉、水松等較適合在水位高差較小、土壤肥沃的淤泥質(zhì)灘涂種植,在土壤瘠薄、坡度較陡的水庫庫岸則不適宜;菏、鳶尾、菖蒲、千屈菜、慈菇、澤瀉、水蓼、花藺、雨久花等僅適合在池塘、小溪等落差較小的水域種植;紅樹林適合在海岸灘涂種植,淡水引種技術(shù)尚不成熟。近年來的研究發(fā)現(xiàn),鋪地黍、李氏禾對(duì)各類消漲帶岸坡具有廣泛的適應(yīng)性,易種易管,2~3月即可迅速覆蓋地表;水榕不僅耐旱耐淹,而且根系發(fā)達(dá)、樹形豐滿、枝葉茂密、四季常綠、能自我繁殖“獨(dú)木成林”,較傳統(tǒng)兩棲木本植物具有更優(yōu)良的固土、生態(tài)及景觀功能。對(duì)于鋪地黍、李氏禾、水榕等優(yōu)良的鄉(xiāng)土兩棲植物,可加強(qiáng)應(yīng)用和推廣。消漲帶植被要充分發(fā)揮水保、生態(tài)、景觀及保護(hù)水質(zhì)的功能,就必須根據(jù)恢復(fù)生態(tài)學(xué)原理,對(duì)兩棲植物進(jìn)行合理配置,即既要營造喬、灌、草結(jié)合的立體空間,樹種、草種又要在以適應(yīng)性為前提的基礎(chǔ)上注重多樣性。如“水榕/水翁+鋪地黍/李氏禾”不失為一種較理想的護(hù)岸模式。另外,兩棲植物與岸邊植物結(jié)合使用,如在消漲帶岸線上方配植柳(Salixbabylonica)、小葉榕、水